Файл: Тепломассообмен Методические материалы для студентов Направление подготовки Теплоэнергетика и теплотехника Профиль Энергообеспечение предприятий Составитель доцент кафедры Энергетики и электротехнологии Артамонова Л..doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 645
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждениевысшего образования«Ижевская государственная сельскохозяйственная академия»Факультет непрерывного профессионального образованияТепломассообменМетодические материалы для студентовНаправление подготовки – Теплоэнергетика и теплотехникаПрофиль - Энергообеспечение предприятийСоставитель: доцент кафедры«Энергетики и электротехнологии»Артамонова Л.П.Ижевск 2020ФГБОУ ВО Ижевская ГСХА Содержание1. Общие методические указания………………………………………...………..32. Программа к изучению дисциплины....................................................................43. Вопросы для подготовки к экзамену………………………………...………….314. Задание для контрольной работы.........................................................................344.1. Методические указания к выполнению контрольной работы..................344.2. Вопросы для самоподготовки …………………...………………………..354.3. Задание к контрольной работе.....................................................................37Приложения ………………………………………………………………………….42Литература…………………………………………………………………………….441 ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯМетодические указания составлены в соответствии с требованиями ФГОС ВО по направлению подготовки 13.03.01«Теплоэнергетика и теплотехника (уровень бакалавриата)», утвержденный приказом Минобрнауки РФ № 1081 от 1 октября 2015 г.По дисциплине выполняется контрольная работа по индивидуальным заданиям, которые приведены в настоящих методических указаниях.При изучении дисциплины студент овладевает теоретическими знаниями и практическими навыками по рациональному применению теплоты, эффективному использованию теплотехнического оборудования.В результате изучения дисциплины студент должен:уметь применять уравнения и справочную литературу для расчета различных задач тепломассообмена;уметь рассчитывать температурное поле и тепловые потоки в твердых телах, а также в потоке жидкости и газа;
знать и уметь рассчитывать величины, характеризующие интенсивность процессов тепломассообмена;уметь анализировать различные факторы, влияющие на процессы тепломассообмена;уметь математически сформулировать конкретную задачу тепломассообмена и выполнить ее решение путем физического и математического моделирования;уметь выполнять тепловой расчет теплообменных аппаратовКурс «Тепломассообмен» рекомендуется изучать в последовательности, указанной в программе и методических указаниях. Необходимо разобраться в основных понятиях и определениях, которые, как правило, предшествуют выводу определенной формулы. 2 ПРОГРАММА К ИЗУЧЕНИЮДИСЦИПЛИНЫ «ТЕПЛОМАССООБМЕН» Тема 1. Основные понятия и определенияПредмет и основные задачи теории. Место дисциплины в подготовке инженеров-энергетиков. Основные понятия и определения. Виды распространения теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Сложный теплообмен. Понятие о массообмене.Тема 2. Теплопроводность при стационарном режимеТеплопроводность при стационарном режиме. Основной закон теплопроводности (закон Фурье). Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Теплопроводность через плоскую однослойную и многослойную стенки, цилиндрическую однослойную и многослойную стенки, шаровую стенку. Теплопроводность тел неправильной формы. Теплопроводность при наличии внутреннего источника теплоты.Основные формулы для решения практических задачПоверхностная плотностьтеплового потока q, Вт/м2 – тепловой поток, проходящий через единицу площади Fповерхности теплообмена;q=Q/F.Линейная плотностьтеплового потока ql, Вт/м – тепловой поток, отнесенный к единице длины Iцилиндрической трубы:ql =Q/l.Теплопроводностьматериала или коэффициент теплопроводности К, Вт/(м·0С) – величина, равная отношению поверхностной плотности теплового потока qк модулю температурного градиента:λ=q/|gradТ|.Среднеинтегральная теплопроводность в диапазоне температур
и на поверхностях стенкигде
–теплопроводность, зависящая от температуры.Зависимость теплопроводности от температуры t, °C, приближенно можно выразить в виде линейной функциигде λ0 – теплопроводность при 0°С, Вт/(м·0С); b – постоянная, зависящая от природы материала и определяемая опытным путем, К-1.Величина , при использовании зависимости принимает значение , определяемое по среднеарифметической температуре стенки:Стационарная теплопроводность плоской стенки без внутренних источников теплоты. Температурное поле в однородной неограниченной стенке толщиной δ при где х – текущая координата плоскости, в которой определяется температура , .Температурное поле в стенке при линейном законе изменения теплопроводности от температуры (х – расстояние от поверхности стенки, имеющей температуру )Формула теплопроводностидля стенки, составленной из п слоев различных материалов,
где и – температуры на внешних поверхностях многослойной стенки, °С; – толщина i-го слоя стенки, м; – теплопроводность материала i-го слоя стенки, Вт/(м·0С).Температура на поверхности плотно соприкасающихся между собой слоев в многослойной стенкеПри расчете многослойных стенок можно воспользоваться эквивалентным коэффициентом теплопроводностигде – толщина i-гo слоя, м; – теплопроводность материала i-го слоя, Вт/(м·0С).Плотность теплового потока для многослойной стенкиСтационарная теплопроводность цилиндрической стенки без внутренних источников теплоты. Температурное поле в однородной бесконечной стенке с наружным ивнутренним диаметрами соответственно и и где и – температуры на внутренней и наружной поверхностях стенки; d – текущий диаметр цилиндрической поверхности, для которой определяется температура t.Температурное поле в стенке с учетом температурной зависимости теплопроводности где
–длина цилиндрической стенки.Формула теплопроводностидля стенки, составленной из п цилиндрических слоев,где и – температуры на внутренней и внешней поверхностях многослойной стенки соответственно; и – внутренний и внешний диаметры 1-го слоя стенки.Температура на границе между i-м и (i+1)-·м плотно прилегающими слоями многослойной стенкиПри расчете многослойных стенок используется эквивалентный коэффициент теплопроводностиСтационарная теплопроводность плоской стенки с внутренними источниками теплоты. Для плоской пластины (λ=const), равномерно охлаждаемой с обеих сторон задана температура поверхности .Одномерное температурное поле в пластине толщиной 2δгде .В формуле при х=0 температура в середине толщины пластиныУчитывая зависимость в условиях больших перепадов температур, температурное поле в пластине можно рассчитать по формулеМощность внутренних источников теплоты для пластины определяется по формулам .Связь между объемной
знать и уметь рассчитывать величины, характеризующие интенсивность процессов тепломассообмена;уметь анализировать различные факторы, влияющие на процессы тепломассообмена;уметь математически сформулировать конкретную задачу тепломассообмена и выполнить ее решение путем физического и математического моделирования;уметь выполнять тепловой расчет теплообменных аппаратовКурс «Тепломассообмен» рекомендуется изучать в последовательности, указанной в программе и методических указаниях. Необходимо разобраться в основных понятиях и определениях, которые, как правило, предшествуют выводу определенной формулы. 2 ПРОГРАММА К ИЗУЧЕНИЮДИСЦИПЛИНЫ «ТЕПЛОМАССООБМЕН» Тема 1. Основные понятия и определенияПредмет и основные задачи теории. Место дисциплины в подготовке инженеров-энергетиков. Основные понятия и определения. Виды распространения теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Сложный теплообмен. Понятие о массообмене.Тема 2. Теплопроводность при стационарном режимеТеплопроводность при стационарном режиме. Основной закон теплопроводности (закон Фурье). Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Теплопроводность через плоскую однослойную и многослойную стенки, цилиндрическую однослойную и многослойную стенки, шаровую стенку. Теплопроводность тел неправильной формы. Теплопроводность при наличии внутреннего источника теплоты.Основные формулы для решения практических задачПоверхностная плотностьтеплового потока q, Вт/м2 – тепловой поток, проходящий через единицу площади Fповерхности теплообмена;q=Q/F.Линейная плотностьтеплового потока ql, Вт/м – тепловой поток, отнесенный к единице длины Iцилиндрической трубы:ql =Q/l.Теплопроводностьматериала или коэффициент теплопроводности К, Вт/(м·0С) – величина, равная отношению поверхностной плотности теплового потока qк модулю температурного градиента:λ=q/|gradТ|.Среднеинтегральная теплопроводность в диапазоне температур
и на поверхностях стенкигде
–теплопроводность, зависящая от температуры.Зависимость теплопроводности от температуры t, °C, приближенно можно выразить в виде линейной функциигде λ0 – теплопроводность при 0°С, Вт/(м·0С); b – постоянная, зависящая от природы материала и определяемая опытным путем, К-1.Величина , при использовании зависимости принимает значение , определяемое по среднеарифметической температуре стенки:Стационарная теплопроводность плоской стенки без внутренних источников теплоты. Температурное поле в однородной неограниченной стенке толщиной δ при где х – текущая координата плоскости, в которой определяется температура , .Температурное поле в стенке при линейном законе изменения теплопроводности от температуры (х – расстояние от поверхности стенки, имеющей температуру )Формула теплопроводностидля стенки, составленной из п слоев различных материалов,
где и – температуры на внешних поверхностях многослойной стенки, °С; – толщина i-го слоя стенки, м; – теплопроводность материала i-го слоя стенки, Вт/(м·0С).Температура на поверхности плотно соприкасающихся между собой слоев в многослойной стенкеПри расчете многослойных стенок можно воспользоваться эквивалентным коэффициентом теплопроводностигде – толщина i-гo слоя, м; – теплопроводность материала i-го слоя, Вт/(м·0С).Плотность теплового потока для многослойной стенкиСтационарная теплопроводность цилиндрической стенки без внутренних источников теплоты. Температурное поле в однородной бесконечной стенке с наружным ивнутренним диаметрами соответственно и и где и – температуры на внутренней и наружной поверхностях стенки; d – текущий диаметр цилиндрической поверхности, для которой определяется температура t.Температурное поле в стенке с учетом температурной зависимости теплопроводности где
–длина цилиндрической стенки.Формула теплопроводностидля стенки, составленной из п цилиндрических слоев,где и – температуры на внутренней и внешней поверхностях многослойной стенки соответственно; и – внутренний и внешний диаметры 1-го слоя стенки.Температура на границе между i-м и (i+1)-·м плотно прилегающими слоями многослойной стенкиПри расчете многослойных стенок используется эквивалентный коэффициент теплопроводностиСтационарная теплопроводность плоской стенки с внутренними источниками теплоты. Для плоской пластины (λ=const), равномерно охлаждаемой с обеих сторон задана температура поверхности .Одномерное температурное поле в пластине толщиной 2δгде .В формуле при х=0 температура в середине толщины пластиныУчитывая зависимость в условиях больших перепадов температур, температурное поле в пластине можно рассчитать по формулеМощность внутренних источников теплоты для пластины определяется по формулам .Связь между объемной